(57)【要約】  【目的】  筆記時のインキ吐出量安定およびボール沈みを回避したボールペン用ボールを提供することを目的とするものである。  【構成】  機械研磨仕上げを施したボールペン用ボールの表面に酸化チタンまたは酸化アルミの微粒子を付着させたことを特徴とするボールペン用ボール。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールホルダーの貫通孔内に、この貫通孔の先端開口部より一部を突出して回転自在に抱持され、被筆記面に対して接触してインキ転写部材となるボールを備えるボールペンチップにおいて、前記ボールの材質が超鋼材であると共に、前記ボール表面に酸化アルミ及び／または酸化チタンの微粒子を付着させたことを特徴とするボールペン用ボール。
【請求項２】
前記酸化アルミ及び／または酸化チタンの微粒子の粒径が０．０３μｍ以上１．０μｍ以下である請求項１に記載のボールペン用ボール。
【請求項３】
前記酸化アルミ及び／または酸化チタン粒子が、ボール表面の任意の２０μｍ×２０μｍの面積中に３個以上２０個以下存在し、且つ粒子の間隔が２μｍ以上離れた状態に分布している請求項１または請求項２に記載のボールペン用ボール。
【請求項４】
前記ボールと、酸化アルミ及び／または酸化チタンをボールミルに混入し、回転数１５０ｒｐｍで少なくとも１５分以上ボールミル処理する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のボールペン用ボールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールホルダーの貫通孔内に、この貫通孔の先端開口部より一部を突出して回転自在に抱持され、被筆記面に対して接触してインキ転写部材となるボールペンのボールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールペンは基本的にインキを収容するインキタンクと、このインキタンクに接続したペン先部材であるボールペンチップにより構成されている。ボールペンチップは、主に、被筆記面に接触してインキを転写するボールと、このボールを回転自在に抱持するボールホルダーとから構成されており、ボールホルダーの貫通孔を通じてインキタンクのインキをボールに接続するものである。このようなボールペンの筆記は、紙面に接したボールを回転させることによりインキを掻き出し、紙面に転写することにより成される。
筆記線の乱れ、即ち筆記途中で線幅が減少する筆記かすれや一部に筆記されない線分を持つ線切れを伴った筆記線は、筆記線を形成するために必要なインキ量でボール表面が濡れていない場合や被筆記面でボールの回転不良が発生した場合に発生する。
従って、前記筆記線の乱れを解消するためには、ボール表面が良好な筆記線の形成に必要なインキ量で濡れていて、且つボールが被筆記面と接触しつつ安定に連続して回転できることが必要である。
一般に、ボールホルダーにはステンレス等の金属またはポリオキシメチレン等の耐摩耗性樹脂が使用され、ボールにはタングステンカーバイド、クロムミウム、コバルトなどを含有する合金である超硬材料や炭化珪素等の無機物質の焼結体などの高硬度材料が用いられている。
【０００３】
筆記の際、ボールが紙面等の被筆記面に押し付けられながら回転することで筆記時の荷重を受けてボールとボールホルダーとの当接部には摩擦が生じる。この摩擦によって、被筆記面で筆記線形成に必要なボールの回転が阻害されたり、摩擦が著しい場合にはボールホルダーの当接部の面が削られる。ボールホルダー内には当接部へインキを供給するためのインキ通路がボールの外周部に複数箇所形成されている（以下有効矢溝と記述する。）。ボールホルダーのボールとの当接部の面が削られた場合、この当接部は、ボールのより赤道部分に近いところまでが接触することになる（この現象をいわゆるボール沈みと呼ぶ）ので、前記有効矢溝は狭くなっていき、インキの供給経路が狭くなる。よって、筆記線の形成に必要な量のインキがボール表面に供給されなくなる。その結果、筆記線にかすれ、線切れが生じ更に摩耗が著しい場合には筆記不能になることがある。
【０００４】
さらに、ボールホルダーの当接部は機械加工により形成されるためボールの回転に影響を及ぼすバリが存在する。このバリによりボールの滑らかな回転が阻害されるため、筆記線の乱れ、即ち筆記途中で線幅が減少する筆記かすれまたは一部に筆記されない線分を持つ線切れを伴った筆記線が形成される。
【０００５】
筆記時における前記当接部の摩擦を軽減する手段として潤滑剤を添加したインキ組成や、ボール組成に関するものが種々提案されている。例えば、インキの配合成分としてリン酸エステルを用いることにより、ボールホルダーのボールに対する当接部の摩擦を少なくし、インキ吐出を滑らかにする方法（特許文献１）、ボール材質の配合成分として、炭化タングステンや他の配合成分の粒子径を０．７μｍ以下にし、更にアルミニウムを加えたものを燒結して粒子間に欠陥の少ない耐食性の優れたボールを作製し、腐食に伴う真球度の低下により発生するボール回転不良を回避したボール（特許文献２）、ボール表面に物理的蒸着にて層状に酸化アルミニウム等を被覆し耐摩擦性の向上を図ったもの（特許文献３）が知られている。
【特許文献１】特開昭５７−００５７７３号公報
【特許文献２】特開２００２−０１９３６６公報
【特許文献３】特開２００１−０８０２６２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の発明では、潤滑効果を有する材料をインキに添加するものであるが、ボールとボール当接部との十分な接触改善には至っていない。
特許文献２に記載の発明では、ボールが腐食し難いために、経時でのボール真球度に変化が少ないことが予測されるが、上述の筆記初期のボールホルダーの接触面に存在するバリによりボールの回転阻害の問題の解決には至っていない。
特許文献３に記載の発明では、物理的蒸着された層は滑らかなボール表面を形成するが、
ボールペンのボールのような小径の球状物質への均一な物理蒸着は困難であり、その結果一部にピンホール等を伴った欠損が存在する。欠損を伴った物理的蒸着膜は機械的強度も弱く、ボールの回転時に表面から剥離するため、ボール当接部の摩耗抑止効果がインキタンク中のインキを使い切るまで持続しないものであった。
本発明は筆記初期からインキタンク中のインキを使い切るまで一定のインキ吐出が得られ、且つ筆記線の乱れ、筆記途中で線幅が減少する筆記かすれまたは一部に筆記されない線分を持つ線切れを伴った筆記線の解消を図ったことを特徴とするボールペン用ボールを供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ボールホルダーの貫通孔内に、この貫通孔の先端開口部より一部を突出して回転自在に抱持され、被筆記面に対して接触してインキ転写部材となるボールを備えるボールペンチップにおいて、前記ボールの材質が超鋼材であると共に、前記ボール表面に酸化アルミ及び／または酸化チタンの微粒子を付着させたことを特徴とするボールペン用ボールを要旨とするものである
【発明の効果】
【０００８】
表面に酸化チタン及び／または酸化アルミの微粒子を着させたボールは、ボールホルダーに対する接触面積が少ないものとなり、ボール受け座との摩擦も少ないものとなる。また、これらの微粒子をボールミル処理で付着させる場合では、ボールと酸化チタン、酸化アルミの微粒子とを衝突させ撃ちつけて付着させることによってなされるので、その際にボール表面に付着した粒子に対しても衝突が繰り返されて研磨効果が働き、鋭利な凸部のない比較的平滑な面が形成されていく。よって、出来上がったボールの表面には、粒子の付着による微細な凸部が形成されたボールでありながら、鋭利な突起を有するものではなく、ボールホルダーの当接部に対し、先端が球状であるボールが接触するため当接部へボールの食い込みが少なくなり摩擦が緩和される。
【０００９】
また、表面に酸化チタン及び／または酸化アルミの微粒子を付着させると、ボールに元から形成されている凹部にこの微粒子が埋め込まれることにもなり、他の表面のみならず、該凹部に微細な空間を形成する。これらの付着した粒子の周辺部分では平滑面でないことから毛細管力が働くこととなり、インキと接触した際にインキに拡張濡れの作用を生み、ボールがインキで覆われることを援助する。酸化チタン及び／または酸化アルミの微粒子は自身も多孔性の粒子であるため、よりインキに濡れやすいボール表面を形成することができるものである。さらに、ボール表面の微細な空間部は、過剰なインキを吸収し得、ボテの発生を抑制することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明はタングステンカーバイド等の超硬材料をボールとして用いるボールペン筆記具に適用できる。超硬材料で形成されたボールと酸化チタンまたは酸化アルミを混入したボールミル処理によりボール表面に存在する凹凸を排除したボールとボールホルダー内のボール当接部の摩擦を緩和し、且つ酸化チタンまたは酸化アルミの粒子を付着させ、ボールの表面積を増加させることによりインキとの濡れ性を向上させたボールを得ることができる。
具体例としては、粒径２〜５μｍのシリカ（ダイヤクレー、林化成（株）製）２ｇと水２０ｇとボール径０．３ｍｍのボール（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）とを混入し、１５０ｒｐｍ、３０分間のボールミル処理を行うことにより０．３ｍｍ径のボールを作製することができる。このようなボールを使用したボールペンとしては、第１図に示したボールペンリフィルのように、このボール１をステンレスなどの合金を機械的に切削、圧延加工などすることによって形成したボールホルダー２に、ボール１の一部を突出した状態で抱持させてボールペンチップとし、このボールペンチップを接続部材３にてインキタンク４としたポリプロピレン製の押し出し成型パイプに接続したものに好適に使用することができる。
【実施例】
【００１１】
実施例１
平均粒径１μｍの酸化アルミ１ｇ、水２０ｇに対し機械的に研磨したボール径０．３ｍｍのボール（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１５分間のボールミル処理を行った。
【００１２】
実施例２
平均粒径１μｍの酸化アルミ２ｇ、水２０ｇに対し機械的に研磨したボール径０．３ｍｍのボール（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１５分間のボールミル処理を行った。
【００１３】
実施例３
平均粒径１μｍの酸化チタン（ＪＲ７０１、テイカ（株）製）２ｇ、水２０ｇに対し機械的に研磨したボール径０．３ｍｍ（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）のボールを約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１５分間のボールミル処理を行った。
【００１４】
実施例４
平均粒径１μｍの酸化チタン（ＪＲ７０１、テイカ（株）製）５ｇに潤滑剤（サルコシネート、日光ケミカルズ（株）製）２．５ｇ、消泡剤（ＢＹＫ−３０５、ビックケミ製、独国）０．１ｇ、水５０ｇを加え回転数１５０ｒｐｍで６０分間ボールミル処理した酸化チタン分散液に、機械的に研磨したボール径０．３ｍｍ（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）のボールを約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１５分間処理しボールを作製した。
【００１５】
実施例５
平均粒径０．３μｍの酸化チタン（ＪＲ３０１、テイカ（株）製）２ｇ、水２０ｇに対し機械的に研磨したボール径０．３ｍｍ（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）のボールを約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１５分間のボールミル処理を行った。
【００１６】
実施例６
平均粒径１μｍの酸化チタン（ＪＲ７０１、テイカ（株）製）５ｇに潤滑剤（サルコシネート、日光ケミカルズ（株）製）２．５ｇ、消泡剤（ＢＹＫ−３０５、ビックケミ製、独国）０．１ｇ、水５０ｇを加え回転数１５０ｒｐｍで６０分間ボールミル処理した酸化チタン分散液に、機械的に研磨したボール径０．３ｍｍ（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）のボールを約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで２０分間処理しボールを作製した。
【００１７】
実施例７
平均粒径１μｍの酸化アルミ２ｇ、水２０ｇに対し機械的に研磨したボール径０．３ｍｍのボール（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１０分間のボールミル処理を行った。
【００１８】
実施例８
平均粒径１μｍの酸化アルミ２ｇ、水２０ｇに対し機械的に研磨したボール径０．３ｍｍのボール（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）を約５０個混入し、回転数２５０ｒｐｍで３０分間のボールミル処理を行った。
【００１９】
実施例９
平均粒径２．５μｍの酸化アルミ２ｇ、水２０ｇに対し機械的に研磨したボール径０．３ｍｍのボール（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）を約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１５分間のボールミル処理を行った。
【００２０】
実施例１０
平均粒径０．０５μｍの酸化チタン（ＭＴ−６００Ｂ、テイカ（株）製）２ｇ、水２０ｇに対し機械的に研磨したボール径０．３ｍｍ（ＰＢ−１１、表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）のボールを約５０個混入し、回転数１５０ｒｐｍで１５分間のボールミル処理を行った
【００２１】
比較例１
機械的に研磨したボール径０．３ｍｍのボール（ＰＢ−１１  表面粗さ；算術平均粗さ３〜５ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）。
【００２２】
比較例２
機械的に研磨したボール径０．３ｍｍのボール（ＰＢ−１１  表面粗さ；算術平均粗さ７〜１０ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）。
【００２３】
比較例３
機械的に研磨したボール径０．３ｍｍの炭化珪素のボール（表面粗さ；算術平均粗さ５
〜１０ｎｍ、（株）ツバキ・ナカシマ製）。
【００２４】
実施例１〜１０および比較例１〜３のボールを、ぺんてる（株）製の水性ゲルインキボールペン、ハイブリッド（Ｋ１０３）のボールペンチップとして組み込み、下記に示すインキと組み合わせ筆記線評価用のボールペンサンプルとした。
評価結果は表１に示す。
【００２５】
インキ１（水性ゲルインキ）
ＭＡ１００（カーボンブラック、三菱化成工業（株）製）              ８．０重量％
カルボキシメチルヒヂロキシプロピル化ガーガム（水溶性増粘多糖類）  １．５重量％
カラギーナン（水溶性増粘多糖類）                                  ０．２重量％
ＮＰ−２０（ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、日光ケミカルズ（株）製）
１．０重量％
安息香酸（防錆剤）                                                ０．４重量％
プロピレングリコール                                              ９．０重量％
水                                                              ８０．９重量％
上記成分中カルボキシメチルヒヂロキシプロピル化ガーガム、カラギーナン以外の成分をボールミルで３時間混合攪拌した後、カルボキシメチルヒヂロキシプロピル化ガーガム、カラギーナンを加えて再度２時間分散処理を行い、粘度２０１８ｃｐの黒色インキ組成物を得た。
インキの粘度は（株）トキメック製ＥＬＤ型粘度計ＳＴローター２．５ｒｐｍにて測定した。
【００２６】
ボール表面上に付着・固着した粒子の分散状態の評価
各実施例に示したボールミル処理後のボール表面２０μｍ×２０μｍの領域に付着した粒子の分散の状態は走査型電子顕微鏡（日本電子（株）製、ＪＳＭ−５３１０）で観察した。
【００２７】
筆記試験
各ボールペンサンプルについて（株）精機工業研究所製、ＴＳ−４Ｃ−１０型（自動筆記装置）を使用して、筆記加重１００ｇ、筆記角度７０度、毎秒１０ｃｍの速度でインテック（株）製ＮＳ−＜５５＞カエテの用紙を移動させて螺旋状の筆記線を得た。
インキ吐出量の評価
１０００ｍまで連続筆記を行い、その途中２００ｍ筆記毎に消費されたインキ量を筆記前後のボールペンサンプルの重量を計測して求めた。
【００２８】
ボール当接部の摩耗評価
１０００ｍまで連続筆記を行い、その途中２００ｍ毎で、ボールペンサンプルのボールペンチップを上側にした状態でチップ小口からのボールが突出している高さを計測することにより評価した。
【００２９】
筆記線の評価
２００ｍの筆記を行い、筆記線中にインキが転写されていない領域が連続して２ｍｍ以上ある箇所を線飛び部とした。２００ｍの筆記線中に線飛び部が５カ所以上伴ったものをともなった場合を不適切な筆記線とした。
【００３０】
【表１】
2005035296.tif 000003
【００３１】
以上の評価結果から、ボール表面上に酸化チタン、酸化アルミ、シリカ、窒化ホウ素、窒化珪素及び／またはジルコニアの微粒子を付着させたボールを用いることにより、当接部の摩耗を回避し筆記初期から使い切りまで安定したインキ吐出を保持したボールペン用ボールが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ボーペンリフィルの外観図
【符号の説明】
【００３３】
１  ボール
２  ボールホルダー
３  接続部材
４  インキタンク
【図１】
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